Ученые описали, как меняются окрестности черной дыры в процессе поглощения материи соседней звезды. Оказалось, корона дыры ненадолго расширяется во время финального выброса высокоэнергетических частиц. И это может объяснить влияние вспышек сверхмассивных черных дыр на эволюцию окружающих их галактик.
Иллюстрация того, как черная дыра в двойной системе поглощает материю соседней звезды / ©Aurore Simonnet and NASA’s Goddard Space Flight Center
Изучение черных дыр — непростая задача, потому что эти глубокие «колодцы» в ткани пространства-времени притягивают даже частицы света. Но во время поглощения материи черные дыры иногда вспыхивают ренгеновским излучением, которое отражается от падающего в дыру вещества и ненадолго озаряет окружающее пространство. Изучив «эхо ренгеновского излучения» в восьми системах, команда астрономов из Массачусетского технологического института смогла описать окрестности черных дыр. Их статья вышла в The Astrophysical Journal.
Исследование началось с поиска подходящих объектов. Команда разработала алгоритм, который прошелся по данным наблюдений NICER, рентгеновского телескопа с высоким временным разрешением, установленного на борту МКС. Алгоритм нашел 26 двойных систем с черными дырами, которые ранее вспыхивали рентгеновским излучением. Из них команда отобрала десять систем, подходящих по яркости и расстоянию для дальнейшего анализа рентгеновского эха.
Проанализировав сигналы, ученые разделили системы на группы со схожими задержками между двумя типами ренгтеновского излучения: исходящего от короны и отраженного от аккреционного диска. По этой задержке можно оценить расстояние между ними. Сопоставив рентгеновское эхо на разных этапах вспышки, ученые смогли оценить, как меняется корона и двигается диск.
Корона черной дыры — это регион высокоэнергетической плазмы вблизи горизонта событий. Ученые обнаружили, что во время поглощения материи она меняется больше всего. Два состояния, через которые при этом проходит объект, физики назвали «жестким» и «мягким». Сперва дыра впадает в «жесткое» состояние, в котором задержки длятся миллисекунды: вспыхивает корона, насыщенная фотонами высоких энергий, и вылетает относительно слабый равномерный поток частиц. Это состояние длится несколько недель.
Затем за несколько дней дыра в последний раз ярко вспыхивает и переходит в «мягкое» низкоэнергетическое состояние. В этот период ненадолго возрастает задержка сигнала, то есть увеличивается расстояние между короной и диском. Вероятно, корона значительно расширяется и вытягивается ввысь относительно дыры. При этом из полюса вырывается огромный и мощный джет из высокоэнергетических частиц, а равномерный поток затухает.
Описанный процесс поможет разобраться, как сверхмассивные черные дыры в центрах галактик способны выбрасывать частицы в межгалактическое пространство на огромные расстояния.
В составе звездных систем нашей Галактики летают десятки миллионов относительно небольших черных дыр. «Роль этих черных дыр в эволюции Галактики остается открытым вопросом в современной астрофизике, — прокомментировала Эрин Кара (Erin Kara), один из авторов новой работы. — Примечательно, что черные дыры в этих двойных системах ведут себя как миниатюрные сверхмассивные черные дыры. Поэтому, изучая вспышки в небольших соседних системах, мы сможем понять, как похожие вспышки сверхмассивных черных дыр влияют на окружающие их галактики».
